第六章反隐身技术

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《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程隐身材料与技术StealthMaterialsandTechnology管洪涛云南大学物理学院材料系DepartmentofMaterialsScienceandEngineeringYunnanUniversity《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/62第六章隐身材料的应用§6.1民用产品中的应用隐身材料在民用方面有哪些应用?§6.2建筑上的应用隐身材料在建筑上的应用§6.3军事上的应用军用隐身技术有哪些?其隐身原理如何?§6.4反隐身技术原理及应用目前有哪些反隐身技术?其应用如何?§6.5可见光隐身技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/63•隐身技术VS反隐身技术•隐身技术的发展,使得反隐身技术也得到了快速发展,目前的雷达探测系统已经能够探测到隐身飞机。•上世纪90年代,英国的雷达就对美国的F-117飞机进行过探测和跟踪;•美国空军也承认一些雷达可以发现B-2,但探测距离已经缩短;§6.4反隐身技术南联盟军人正在检查被击落的F-117飞机残骸《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/642011年5月2日,在击毙“本·拉登”行动中,美军最新的隐身直升机坠毁改进版“黑鹰号”《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/65•反隐身技术,目前常见的是雷达反隐身技术、无源探测技术等。•1.雷达反隐身技术•雷达反隐身技术主要有两类:•(a)抑制隐身技术,提高目标的RCS:如采用雷达网技术;•(b)提高雷达探测能力,如加大雷达辐射功率,增大回波信号强度。•(1)甚高频(VHF)雷达(Veryhighfrequencyradar)•甚高频雷达的反隐身能力,是因为其波长较长;•当入射波长接近目标尺寸时,反射波会与目标上的其它行波(如绕射波)产生谐振,从而产生强烈的回波信号;•甚高频雷达的波长为1.65~1.90m,此时飞机上的主要部件都可能产生电磁波谐振;•波长越长,利用涂覆型吸波材料就越困难。§6.4反隐身技术:(1)雷达反隐身技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/66•甚高频雷达在冷战时期就已经出现,当时苏联已经研制出P-14“TallKing”与P-12/18“SpoonRest”(匙架)B/D雷达。•1999年,塞尔维亚的防空部队利用SpoonRest雷达和SNR-125LowBlow数字化升级雷达,发射了一枚“萨姆-3”地对空导弹,击落了一架F-117A战斗机。•目前,俄罗斯是国际上甚高频雷达技术最发达的国家。•甚高频雷达的不足是:灵敏度较差,跟踪低空目标时杂乱回波抑制性能较差,易受到电视、调频、便携式电台等信号的干扰。•对付甚高频雷达的最有利措施是在外形上消除那些尺寸较小的零部件。•如:B-2飞机上最小的部件尺寸都以米计,而对于机身上最关键的部位采用厚截面的多层隐身材料。§6.4反隐身技术:(1)雷达反隐身技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/67俄罗斯P-12SpoonRest甚高频雷达《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/68俄罗斯P-18SpoonRest甚高频雷达《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/691999年,F-117A折戟巴尔干,即是被P-12/18雷达所发现《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/610P-12和P-18雷达显控台《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/611•(2)米波和毫米波雷达•现代隐身飞机针对的都是工作于1~20GHz频段内的常规厘米波雷达,但在米波和毫米波雷达面前却无能为力;•米波雷达的作用原理就是当波长与目标尺寸相近时,会发生谐振作用,从而提高回波强度;•缺点是杂波干扰大,探测精度低,主要用于警戒,但作用距离长。§6.4反隐身技术:(1)雷达反隐身技术•毫米波雷达是由于波长很短,当照射至目标表面时,目标上的任何不平滑部位都会起到反射器的作用,形成很强的电磁反射;•导致雷达散射截面增大,从而使隐身性能大打折扣。•毫米波雷达具有分辨率高、抗干扰能力强、低空性能好等优点;•非常适合于探测一些小目标,可以比较精确提供目标的速度、距离和角度等信息。•缺点是作用距离短。《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/612•中国海军舰艇上装备517型“八木天线阵”对空、对海远程预警米波雷达;•具有很强的抗干扰能力,搜索距离为180公里,能探测隐身目标。《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/613•(3)双基(DB)雷达(Doublebaseradar)•双基雷达的发射与接收不在同一地点。•即使隐身飞机可以通过外形设计改变反射角度使反射波偏离发射源,但在另一方面仍会有回波被双基雷达接收。•米波雷达探测距离很长,但精度低,毫米波雷达精度很高,但距离短,将两者结合形成双基雷达,可以大大提高雷达的探测能力。•双基雷达并不总是有效:因为飞机是活动的,雷达波的反射方向随时在变,所以雷达上获得的信号总是闪烁的。•俄罗斯已经研制成功巨型雷达天线阵。§6.4反隐身技术:(1)雷达反隐身技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/614俄罗斯巨型雷达天线阵《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/615•(4)超视距(OTH)雷达(Overthehorizonradar)•也称为超地平线雷达,它的探测频率完全在标准雷达波段范围之外;•其工作于HF频段,波长为5~150m,利用天线传播机制,可以探测900~4000km的目标;•它能克服地球曲率半径限制,通过地球电离层反射目标信号来实现超视距探测和跟踪;•雷达波经电离层反射一次能探测5000km左右的目标。•超视距雷达的另一个重要作用是能够对付采用吸波涂层的飞机。•缺点:精度低,只能获得目标的大概方位信息;•系统非常庞大,干扰因素多,受气候变化影响;•在中波、短波波段,频谱拥挤,带宽窄,互相干扰严重。§6.4反隐身技术:(1)雷达反隐身技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/616超视距雷达的工作原理利用地面绕射,称为地波超视距雷达利用电离层反射,称为天波超视距雷达《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/617俄罗斯的超视距雷达《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/618中国的超视距雷达中国的超视距雷达研究起步于70年代;80年代初由哈工大开始设计和研制;1990年我国在威海建立首座高频地波超视距试验站,并成功了跟踪了超视距外的舰船和飞机等目标;1994年由武汉大学研制的地波超视距OSMAR系统投入使用(30km);目前使用的是武汉大学研制的第二代OSMAR2000系统(200km)《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/619•(5)天基(SB)雷达(Spacebasedradar)•也称为星载雷达或太空雷达,它被设置在3600km高空的同步卫星上;•利用直径30m左右的天线系统把太阳能提供的发射功率辐射至地面;•由地面的天线阵接收运动目标的信号,构成大面积的搜索范围。•目前的工作频段主要有L、C、X三个波段。•具有功能多,分辨率高,全天候和全球覆盖等优点;能够实时获取静态和动态目标的信息;获得精确的三维图像;•目前美国、日本、法国、德国、英国、印度、中国等都在发展天基雷达系统。•美国空军的E-3A预警机、海军正在研制的“钻石眼”预警机、以及高空预警气球都能有效地探测隐形目标。§6.4反隐身技术:(1)雷达反隐身技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/620•反隐身技术,目前常见的是雷达反隐身技术、无源探测技术等。•2.无源探测技术•无源探测技术已被美国列为目前最有效的反隐身手段。•其最大特点是本身不发射电磁波,而是依靠被动接收目标辐射的电磁波来发现和跟踪目标;•隐身飞机在突防过程中,为了搜寻目标、导航定位、指挥联络等,必须要使用雷达来辐射电磁波,由此就恰好被无源雷达所发现。•无源探测技术具有高度的隐蔽性、广泛的适应性、宽广的时域性、精确的目标识别特征。•它可以从对方雷达中接收到足够的信息,对其进行识别和定位。•无源探测技术除了受大雨影响外,基本上不受气候条件和战场烟尘等影响,可以全天候、全天时工作;§6.4反隐身技术:(2)无源探测技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/621•3.民用无线技术•西门子公司研究发现,目前的移动电话设施都可以作为一种对付隐形飞机的有效雷达系统;•隐身飞机在飞行过程中会对电视信号、调频广播信号及对宇宙线的传输产生干扰和扰动,由此可以探测隐身目标的存在;•目前的通讯和电视卫星使用的是10~13GHz波段,电视信号的干扰主要集中在Ku波段(12~18GHz);•随着通信和电视卫星数量的增加,国际电信联盟开始分配Ku波段的部分频率;•由此将和隐形飞机的机载雷达产生频率冲突,成为探测隐身目标的有效手段,导致飞机失去隐身能力。§6.4反隐身技术:(2)无源探测技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/622•3.民用无线技术•美国Lockheed公司已经研制成功“寂静哨兵”雷达系统。•利用民间的电视台和电台信号作为辐射源;•这些信号在飞行器表面形成较大的反射信号,被雷达所接收;•雷达对接收到的信号数据进行处理,从而探测目标。•俄罗斯无源雷达也是接收TV和FM信号在隐身飞机表面的反射回波进行目标探测;•目前已经投入使用。§6.4反隐身技术:(2)无源探测技术《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/623•光电探测技术和各种反伪装探测手段目前已发展到相当高的水平;•国外坦克、车辆、光学卫星和侦查飞机上安装的探测器材目前均能够在38~750nm的可见光波段对地面设备进行侦查与探测。•传统的可见光隐身就是通过减小目标的可视外形、涂覆伪装迷彩、覆盖伪装网等手段;•一般是通过目标使用的环境不同而改变迷彩图案和颜色组合来达到可见光隐身的目的。•迷彩的成膜物质一般采用醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等;•地面装备:绿色、褐色、沙漠黄、黑色;三色、四色、六色;•空中装备:上绿色、天灰色、海蓝色;下灰色、浅蓝色;尾钛金色;•海中装备:舰体灰色、舰底红色、甲板换色或灰色;•这些手段都只适用于静止目标或目标运动较慢的情况;§6.5可见光隐身技术:(1)军用《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/624•目前采用的可见光隐身技术主要表现为两个方面:•(1)智能隐身材料的研究开发;•(2)纳米隐身材料在伪装织物中的应用。•1.智能隐身材料•智能隐身材料是一种具有“变色龙”特性的材料系统。•这种材料在光、电、热等刺激下会发生变色和改变亮度,使目标融入背景中,提高装备的隐身和机动性能。•目前在研的有:光致变色材料、热致变色材料和电致变色材料。§6.5可见光隐身技术:(1)军用《隐身材料与技术》选修课程《隐身材料与技术》选修课程2021/1/625•(1)光致变色材料•原理:在一定波长和强度的光作用下,材料的分子结构发生变化,引起材料对光吸收峰值的变化,最终导致颜色发生改变,达到隐身效果。•目前,美国、法国、日本、中国已有此方面的研究成果。•美国:聚氨酯分子中嵌入丁二炔链段,在一定条件下,丁二炔聚合生成聚丁二炔,形成具有自由电子的共轭结构,改变材料的颜色和光强度。•美国:在材料系统中加入传感器和控制器,使用带有SiC光探测器的滤波器可以识别环境的波长和光强度,再将输出信号经模拟数字转换器传输给处理器进行识别和处理,并发出控制指令以改变材料的颜色和色强度,从而实现隐身的目的。§6.5可见光隐身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